RUNX3及其调节机制的研究进展

张馨怡，薛辛东

新生儿疾病专栏

RUNX3及其调节机制的研究进展

张馨怡，薛辛东

RUNX3是一重要的转录因子，调节多个基因的表达，参与肺发育和肺疾病发生等多种生物学过程。其作用机制复杂，涉及到RUNX3的失活及其与TGF-β、Wnt、Claudin-1、Bim1、P21、YAP及DNA修复蛋白等多种信号通路和蛋白的相互作用。

肺疾病； RUNX3基因； 肺发育； 细胞因子

在肺发育过程中，涉及到许多细胞因子和信号途径的参与，而转录因子通过对基因进行时空表达的调控，发挥着重要的功能。RUNX3是重要的转录因子之一，随着研究的不断深入，逐渐认识到RUNX3不仅调节肺发育，而且与某些疾病，如肿瘤、气道高反应性疾病等发生密切相关。本文就RUNX3的结构、生物学功能及其调节机制进行如下综述。

1 RUNX3基因的结构和功能

该基因属转录因子中的runt结构域家族，是发育阶段基因表达的关键性调节者。在哺乳动物中，RUNX包含3个基因，即RUNX1、RUNX2、RUNX3，这些成员中均含有高度保守的runt结构域，它们的基因产物都有结构上的相似性，但行使不同的生物学功能，存在着组织特异性的表达。人类RUNX3基因位于染色体1p36.1，而鼠的位于4号染色体。人类的RUNX3全长约67 kb，含有P1、P2两个启动子(两个启动子区域均含数个分离的转录起始点)，6个外显子。RUNX3基因的转录主要由启动子P2操纵，P2位于外显子2之前，GC含量约64%，其周围有一个明显的CpG岛。而鼠的RUNX3是runt结构域家族中最小的成员，也是研究相对较少的成员，但有重要的生物学作用。在发育阶段，RUNX3通过调节基因的表达发挥重要的作用。此外，该基因通过调节细胞的增殖、分化和凋亡等，参与多种疾病的发生过程等。

2 RUNX3与肺发育

肺发育过程中涉及了许多细胞和分子事件，包括细胞增殖、凋亡、分化和上皮间质转化(epithelial-mesenchymal transition，EMT)等。目前的研究已经证实了RUNX3是肺发育中的重要影响因素。Lee等[1]研究证实，和野生型鼠相比，RUNX3阴性的鼠在生后第1天表现出肺泡的异常重构，肺泡的异常增生；另外，在RUNX3-/-的细支气管上皮细胞内同时发现了具有肺泡上皮标志的SPB和细支气管上皮标记的CC10，表明上皮细胞分化减弱。

EMT在多细胞生物体的发育过程中起重要作用，涉及到形态的发生、组织器官的形成等。有研究证实RUNX3在肺发育EMT调节中发挥作用。Lee等[2]研究证实，和野生型鼠相比，RUNX3阴性的鼠生后第1天，肺泡上皮细胞标记物E-cad表达明显下降，而间质细胞标记物Fibronectin表达明显增强，同时也证实EMT诱导因子(Smad 2、3、4，Slug，Snail和TGF-β1)等表达明显增强，提示在RUNX3阴性的鼠肺内存在着异常的EMT过程，导致肺泡发育异常，该结果提示，RUNX3通过对不同基因进行调节，抑制异常的EMT过程，维持正常肺发育关键基因。

3 RUNX3与肺疾病

近年来研究发现，RUNX3参与了多种疾病的发生，而研究较多的是与肿瘤的关系。越来越多的研究认为，RUNX3是一抑癌基因，在上皮和间质型肿瘤侵袭前和侵袭时，处于后生性的灭活状态。肺癌是发病率较高的一种恶性肿瘤，其发生发展涉及到多种基因的调控，其中也包括RUNX3。大量研究证实，RUNX3的低水平表达，可促进肺癌的发生和进展。Araki等[3]曾对肺腺癌患者进行研究，发现RUNX3低水平表达与不良肺癌分化类型相关，同时通过随访，发现RUNX3表达水平较高的患者，其5年的存活率较高。也有研究报道，由于RUNX3基因超甲基化导致RUNX3的表达缺失，也是促进肺癌进展的又一原因[4]。

除了与肺癌的发生发展有关外，RUNX3也参与了自身免疫反应。研究表明，RUNX3调节了树突状细胞(DC)趋化因子受体CCR7的转录弱化。在RUNX3基因敲除鼠，CCR7表达增加，肺泡DC细胞向肺部的引流淋巴结迁移，使激活的DC细胞在引流淋巴结聚集，导致哮喘样特征，因此认为RUNX3缺失可以促进哮喘的发生[5]。此外，过敏性的气道炎症反应中也涉及到了RUNX3参与，实验证实：RUNX3基因敲除鼠出现自发的嗜酸性细胞增多症性肺部炎症反应，发生气道重构和黏液分泌过多[6]。也有研究证实，RUNX3对肺损伤的修复功能，对生后第1天的野生鼠和RUNX3基因敲除鼠分别进行激光辐射，诱导肺损伤模型，发现与野生型鼠相比，RUNX3基因敲除鼠的肺损伤愈合过程受到抑制，表现出异常的肺部结构[7]。

4 RUNX3的作用机制

该基因是一转录因子，调节多种基因的表达，参与了生物体内多种生物学过程，其功能的发挥涉及到多种机制和多种与之相关的上、下游细胞因子协同作用。

4.1 RUNX3的失活与疾病的发生 RUNX3基因启动子去甲基化、组蛋白修饰、micro-RNA的调节、细胞质错位表达及半合子的缺失等，均可导致表达失活。4.1.1 RUNX3基因启动子区DNA甲基化 DNA甲基化是调节基因转录的一种重要的表观遗传学方式。由S腺苷甲硫氨酸提供甲基，在DNA甲基转移酶的作用下CPG岛二核苷酸的胞嘧啶甲基化为5甲基胞嘧啶，基因启动子区的胞嘧啶甲基化后导致基因表达沉默。研究证实，在许多肿瘤中都存在着RUNX3的低表达，而RUNX3低表达的原因主要是RUNX3启动子区CPG岛的超甲基化。如Kang等[8]研究表明，氧化应激反应可以使RUNX3甲基化，致RUNX3的失活，从而促进结肠癌的进展。Sato等[9]研究表明，某些肺癌患者中，存在RUNX3的失活，而异常甲基化是其失活的主要机制。Jiang等[10]发现，RUNX3的失活在乳腺癌的发展中起着重要作用，而此基因失活的原因是其启动子的甲基化，并且证实RUNX3蛋白的表达水平对于评价乳腺癌的临床预后有重要价值。

4.1.2 RUNX3基因启动子区组蛋白的甲基化修饰 该修饰方式也属于表观遗传学范畴，通过组蛋白甲基化修饰可以调节基因表达，而EZH2在组蛋白甲基化过程中起重要作用。EZH2是高度保守的组蛋白甲基转移酶，它靶向作用于基因的启动子区，并且使组蛋白H3的27位赖氨酸(H3K27)三甲基化，其作用的靶基因其中包括RUNX3等。EZH2可以募集DNA甲基转移酶到RUNX3的启动子区，使RUNX3的CPG岛发生DNA甲基化[11]。EZH2可以靶向调节与发育相关的基因(其中包RUNX3)的启动子，使启动子中H3K27残基的组蛋白H3甲基化，抑制基因转录[12]。

4.1.3 RUNX3的错位表达 除了甲基化外，RUNX3也可通过细胞内错位而失活。在许多肿瘤病例中都发现了RUNX3的错位表达现象，如结直肠癌中，RUNX3的细胞浆错位表达和进展期的癌症有关，而细胞核内RUNX3的表达和良好的预后相关[13]。一项临床研究发现，在乳腺癌患者中也存在着细胞浆中RUNX3错位表达[14]。但值得注意的是，RUNX3的细胞浆定位并不局限于癌症，一些正常的胃和结肠上皮细胞的胞浆内也发现了RUNX3错位现象[15]。

除了以上情况外，在一些肿瘤中(如肺癌、胰腺癌、胃癌等)，也发现了RUNX3半合子的缺失[16]，表明RUNX3的下调可能是进展成恶性肿瘤的早期事件，提示该基因具有抑制肿瘤的功能。

4.1.4 MicroRNA与RUNX3 MicroRNA(miRNA)是一类非编码的小分子RNA，通过它们的种子序列(5′末端2～8个核苷酸)和互补序列，与靶向基因mRNA的3′端非翻译区结合，使靶基因mRNA的降解和(或)转录的抑制，在转录后水平调控基因的表达，参与多种生理病理过程，包括细胞增殖、分化、凋亡等。目前认为miRNA调节约30% mRNA的转录。Dang等[17]对肺癌细胞A549进行研究，发现通过转染miRNA-26a使其过表达，可以降低EZH2蛋白的水平，上调RUNX3蛋白的表达，并认为过表达的miRNA-26a靶向调节了EZH2的表达，而EZH2则调节了其下游的RUNX3基因。在一些实体肿瘤的研究中，发现了EZH2的过表达，并认为与miRNA-101的缺失，若导入MiR-101或者敲除EZH2的表达，即可以减少H3K27的三甲基水平[18]。上述研究提示，miRNA可以通过调节组蛋白甲基化修饰而影响RUNX3的表达。除此之外，miRNA与RUNX3基因DNA甲基化的关系也有报道，一项对胃癌SUN5细胞系的研究表明，MiR-130过表达能降低RUNX3蛋白的水平，并且与RUNX3的DNA超甲基化状态呈负相关，同时也发现在RUNX3的3'UTR区包含着大量的与miRNA结合位点，提示miRNA还可通过调节DNA甲基化而影响RUNX3的表达[19]。

4.2 RUNX3基因的主要信号调节机制 尽管目前对RUNX3分子调节机制尚未完全清楚，但已发现了一些与RUNX3作用相关的细胞因子及信号途径，如TGF-β、Wnt、Claudin-1、Bim1、P21、YAP及DNA修复蛋白等。

4.2.1 RUNX3与TGF-β信号途径 TGF-β是一种多功能的细胞因子，能够触发多条信号途径，参与细胞的增殖、分化、凋亡等，涉及多种病理生理过程。研究表明，RUNX3对TGF-β信号途径有调节作用。研究发现，紧密连接相关蛋白Claudin-1是RUNX3直接的、正向调节的靶分子，RUNX3通过与TGF-β信号途径中SMAD蛋白结合，直接上调Claudin-1的转录[20]。另一项研究发现，采用TGF-β刺激胃癌细胞后，RUNX3与SMAD蛋白协作，直接上调凋亡前基因Bim1转录，提高细胞周期蛋白依赖激酶抑制剂p21WAF1的表达[21]。

4.2.2 RUNX3与Wnt信号途径 除了TGF-β途径，RUNX3也参与Wnt信号途径调节过程。有研究表明，Runx3-/-的鼠肠道上皮细胞出现异常增生现象，可能是由于Wnt信号途径的激活和该信号途径靶基因(c-Myc和cyclinD1)表达上调的结果[22]。进一步的研究发现，RUNX3可以和Wnt信号途径中的关键分子TGF4及β-catenin形成三元络合物，这种络合物可以降低与DNA的连接、减少Wnt信号途径中靶基因转录。因此RUNX3有阻断Wnt信号途径的靶基因调节作用。

4.2.3 其他途径 众所周知，DNA损伤后可以影响细胞信号途径、细胞周期的调节、细胞修复和凋亡过程，从而导致疾病的发生。同样，如果细胞修复机制功能失调，也可以提高疾病发生风险。目前，有些研究已经将RUNX3与不同的DNA修复机制联系在一起。如DNA错配修复元件的突变在肿瘤中频繁出现，尤其是MLH3和PMS2的缺乏，加速了肿瘤的进展，Split(Tle)家族基因-转导素增强子Tle6-like过度表达，用以对抗RUNX3的反式激活能力，进一步促进了肿瘤的进展[23]。还有一项研究表明，RUNX3和DNA修复蛋白Ku70(DNA双链断裂修复机制的主要成员)相互作用，促进了DNA的修复，抑制了肿瘤的发展[24]。

此外，Yes相关蛋白属于癌基因蛋白，是Hippo信号途径的核内效应器，可作为转录协同因子，促进细胞的增殖。早期研究发现，RUNX3与Yes相关蛋白相互作用[25]，RUNX3与FOXO3a一起调节肠道内的炎症反应[26]，但RUNX3与Yes相关蛋白、FOXO3a详尽调节机制，仍需要进一步的研究和证实。

综上所述，RUNX3是一种转录因子，调节多个基因的表达，参与肺发育和肺疾病发生等多种生命过程。其作用机制复杂，涉及到RUNX3的失活及其与TGF-β、Wnt、Claudin-1、Bim1、P21、YAP及DNA修复蛋白等多种信号通路和蛋白的相互作用。然而，目前对RUNX3的功能、作用机制等仍有待于进一步深入研究。

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(本文编辑：李志文)

110004 沈阳，中国医科大学研究生学院(张馨怡)；中国医科大学附属盛京医院新生儿科(薛辛东)

张馨怡(1983-)，女，中国医科大学97级七年制硕士研究生在读。研究方向：新生儿疾病。

薛辛东，110004 沈阳，中国医科大学附属盛京医院新生儿科。

10.3969/j.issn.1674-3865.2015.01.002

R722.19

B

1674-3865(2015)01-0003-04

2014-11-24)